Toksyczność imidazoliowych cieczy jonowych z anionem zawierającym fluor dla wybranych gatunków chwastów

• Autorzy: Biczak R. , Pawłowska B. , Telesiński A. , Stręk M. , Płatkowski M. , Śnioszek M.

Identyfikatory

DOI

10.2429/proc.2016.10(1)064

Warianty tytułu

EN

Toxicity of imidazolium ionic liquids with the anion containing fluorine for some weed species

• Konferencja: ECOpole’16 Conference (5-8.10.2016, Zakopane, Poland)
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Jednymi z najbardziej rozpowszechnionych i najczęściej badanych cieczy jonowych są imidazoliowe ciecze jonowe. Część z tych związków, tj. heksafluorofosforany czy tetrafluoroborany, zawiera w swej budowie fluor, który może wykazywać bardzo niekorzystny wpływ na środowisko. Ze względu na duże zainteresowanie tymi związkami niezbędne jest określenie ich wpływu na środowisko, w tym na różne gatunki roślin wyższych. Roślinami szeroko rozpowszechnionymi na całym świecie są chwasty. W niniejszej pracy dokonano oceny wpływu tetrafluoroboranu 1-butylo-2,3-dimetyloimidazoliowego [BMMIM][BF4] i heksafluorofosforanu 1-butylo-2,3-dimetyloimidazoliowego [BMMIM][PF6], zastosowanych w formie oprysku, na trzy popularne gatunki chwastów: żółtlicę drobnokwiatową (Galinsoga parviflora Cav.), szczaw zwyczajny (Rumex acetosa L.) oraz komosę białą (Chenopodium album L.). W wyniku przeprowadzonych badań okazało się, że [BMMIM][PF6] najsilniejsze działanie wykazywał w stosunku do roślin komosy białej, natomiast rośliną najbardziej wrażliwą na działanie [BMMIM][BF4] okazał się szczaw zwyczajny. Żółtlica drobnokwiatowa była rośliną o największej tolerancji na badane ciecze jonowe. ILs powodowały inhibicję wzrostu roślin i ich korzeni, wzrost zawartości suchej masy oraz spadek zawartości barwników asymilacyjnych w liściach badanych chwastów. Wszystkie zaobserwowane zmiany w dużym stopniu były uzależnione od zastosowanego stężenia cieczy jonowych.

EN

One of the most common and most studied of ionic liquids are imidazolium ionic liquids. Some of these compounds, i.e. hexafluorophosphates or tetrafluoroborates contains fluorine in their structure which may have a negative impact on the environment. Because of so much interest in these compounds it is necessary to determine their impact on the environment including various species of higher plants. Plants widely distributed around the world are weeds. In this paper we attempt to assess the impact of 1-butyl-2,3-dimethylimidazolium tetrafluoroborate [BMMIM][BF4], and 1-butyl-2,3-dimethylimidazolium hexafluorophosphate [BMMIM][PF6] applied as sprays on three popular weed species: gallant soldier (Galinsoga parviflora Cav.), common sorrel (Rumex acetosa L.) and white goosefoot (Chenopodium album L.). The studies found that [BMMIM][PF6] showed the strongest activity in relation to plant white goosefoot, while the plant most susceptible to the [BMMIM][BF4] proved to be a common sorrel. Plant the most resistant to the tested compounds was galant soldier. Investigated ILs resulted in inhibition of plant growth and root growth of the dry weight content and a decrease in the assimilation pigments in the leaves studied weeds. All observed changes were largely dependent on the concentration of the compound.

Słowa kluczowe

PL

toksyczność; właściwości chwastobójcze; ciecze jonowe; barwniki fotosyntetyczne; sucha masa

EN

toxicity; herbicidal properties; ionic liquids; photosynthetic pigments; dry weight

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Proceedings of ECOpole
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 10, No. 2
• Strony: 595--605
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., wykr., tab., rys.

Twórcy

autor

Biczak R.

• Wydział Matematyczno-Przyrodniczy, Akademia im. Jana Długosza w Częstochowie, al. Armii Krajowej13/15, 42-200 Częstochowa

autor

Pawłowska B.

• Wydział Matematyczno-Przyrodniczy, Akademia im. Jana Długosza w Częstochowie, al. Armii Krajowej13/15, 42-200 Częstochowa
• [e-mail]

autor

Telesiński A.

• Wydział Kształtowania Środowiska i Rolnictwa, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie, ul. J. Słowackiego 17, 71-434 Szczecin

autor

Stręk M.

• Wydział Kształtowania Środowiska i Rolnictwa, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie, ul. J. Słowackiego 17, 71-434 Szczecin

autor

Płatkowski M.

• Wydział Kształtowania Środowiska i Rolnictwa, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie, ul. J. Słowackiego 17, 71-434 Szczecin

autor

Śnioszek M.

• Wydział Kształtowania Środowiska i Rolnictwa, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie, ul. J. Słowackiego 17, 71-434 Szczecin

Bibliografia

• [1] Bruzzone S, Chiappe C, Focardi SE, Pretti C, Renzi M. Theoretical descriptor for the correlation of aquatic toxicity of ionic liquids by quantitative structure - toxicity relationships. Chem Eng J. 2011;175:17-23. DOI: 10.1016/j.cej.2011.08.073.
• [2] Roy MN, Ray T, Roy MCh. Datta B. Study of ion-pair and triple-ion origination of an ionic liquid ([bmmim][BF4]) predominant in solvent systems. RSC Adv. 2014;4:62244-62254. DOI: 10.1039/c4ra09506e.
• [3] Ma S, Lv M, Deng F, Zhang X, Zhai H, Lv W. Predicting the ecotoxicity of ionic liquids towards Vibrio fischeri using genetic function approximation and least squares support vector machine. J Hazard Mater. 2015;283:591-598. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2014.10.011.
• [4] Pernak J, Czerniak K, Niemczak M, Chrzanowski Ł, Ławniczak Ł, Fochtman P, et al. Herbicidal ionic liquids based on esterquats. New J Chem. 2015;39:5715-5724. DOI: 10.1039/c5nj00609k.
• [5] Biczak R, Bałczewski P, Pawłowska B, Bachowska B, Rychter P. Comparison of phytotoxicity of selected phosphonium ionic liquid. Ecol Chem Eng S. 2014;21:281-295. DOI: 10.2478/eces-2014-0022.
• [6] Costa SPF, Pinto PCAG, Lapa RAS, Saraiva MLMFS. Toxicity assessment of ionic liquids with Vibrio fischeri: An alternative fully automated methodology. J Hazard Mater. 2015;284:136-142. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2014.10.049.
• [7] Cvjetko Bubalo M, Radošević K, Radojčić Redovniković I, Halambek J, Srček VG. A brief overview of the potential environmental hazards of ionic liquids. Ecotox Environ Saf. 2014;99:1-12. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2013.10.019.
• [8] Wang C, Wei Z, Feng M, Wang L, Wang Z. Comparative antioxidant status in freshwater fish Carassius auratus exposed to eight imidazolium bromide ionic liquids: A combined experimental and theoretical study. Ecotoxicol Environ Saf. 2014;102:187-195. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2014.01.027.
• [9] Pham TPT, Cho C-W, Yun Y-S. Structural effects of ionic liquids on microalgal growth inhibition and microbial degradation. Environ Sci Pollut Res. 2016;23:4294-4300. DOI: 10.1007/s11356-015-5287-8.
• [10] Biczak R, Bachowska B, Bałczewski P. Study of phytotoxicity of ionic liquid 1-(methylthiomethylene)-3-butylimidazolium chloride. Proc ECOpole. 2010;4:105-114.
• [11] Biczak R, Bałczewski P, Bachowska B, Pawłowska B, Kaźmierczak-Barańska J, Cieślak M, et al. Phytotoxicity and cytotoxicity of imidazolium ionic liquids containing sulfur atom. Phosphorus Sulfur Silicon Relat Elem. 2013;188,459-461. DOI: 10.1080/10426507.2012.737880.
• [12] Matuszkiewicz W. Przewodnik do oznaczania zbiorowisk roślinnych Polski, Wyd. Naukowe PWN, Warszawa, 2006.
• [13] Telesiński A, Śnioszek M. Bioindicators of environmental pollution with fluorine. Bromat Chem Toksykol. 2009;4,1148-1154.
• [14] Oren R, Werk KS, Buchmann N, Zimmermann R. Chlorophyll-nutrient relationships identify nutritionally caused decline in Picea abies stands. Can J For Res 1993;23:1187-1195.
• [15] Kowalska I. Zawartość wybranych składników szpinaku (Spinacia oleraceae L.) uprawianym przy zróżnicowanej zawartości wapnia. Rocz AR Pozn. 2004;CCCLX:105-110.
• [16] Biczak R, Telesiński A, Pawłowska B. Oxidative stress in spring barley and common radish exposed to quaternary ammonium salts with hexafluorophosphate anion. Plant Physiol Biochem. 2016;107:248-256. DOI: 10.1016/j.plaphy.2016.05.016.
• [17] Cho Ch-W, Pham TPT, Jeon Y-Ch, Yun Y-S. Influence of anions on the toxic effects of ionic liquids to a phytoplankton Selenastrum capricornutum. Green Chem. 2008;10:67-72. DOI: 10.1039/b705520j.
• [18] Elloumi N, Ben Abdallah F, Mezghani I, Rhouma A, Boukhris M. Effect of fluoride on almond seedlings in culture solution. Fluoride. 2005;38(3):193-198.
• [19] Saleem M, Ahmad MN, Khan BA, Zia A, Ahmad SS, Shah HU, et al. Effects of soil fluoride on the growth and quality of two tomato varieties grown in Peshawar, Pakistan. Fluoride. 2015;48(2):174-178.
• [20] Jha SK, Nayak AK, Sharma YK. Fluoride toxicity effects in onion (Allium cepa L.) grown in contaminated soils. Chemosphere. 2009;76:353-356. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2009.03.044.
• [21] Biczak R. Quaternary ammonium salts with tetrafluoroborate anion: Phytotoxicity and oxidative stress in terrestrial plants. J Hazard Mater. 2016;304:173-185. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2015.10.055.
• [22] Liu T, Zhu L, Wang J, Wang J, Xie H. The genotoxic and cytotoxic effects of 1-butyl-3-methylimidazolium chloride in soil on Vicia faba seedlings. J Hazard Mater. 201; 285:27-36. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2015.01.008.
• [23] Matusiak A, Lewkowski J, Rychter P, Biczak R. Phytotoxicity of new furan-derived aminophosphonic acid, N-aryl furaldimines and 5-nitrofuraldimine. J Agric Food Chem. 2013;61:7673-7678. DOI: 10.1021/jf402401zI.
• [24] Ma J-M, Cai L-L, Zhang B-J, Hu L-W, Li X-Y, Wang J-J. Acute toxicity and effects of 1-alkyl-3-methylimidazolium bromide ionic liquids on green algae. Ecotoxicol Environ Saf. 2010;73:1465-1469. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2009.10.004.
• [25] Zhang B, Li X, Chen D, Wang J. Effects of 1-octyl-3-methylimidazolium bromide on the antioxidant system of Lemna minor. Protoplasma. 2013;250:103-110. DOI: 10.1007/s00709-012-0379-5.
• [26] Herman B, Biczak R, Gurgul E. Effect of 1,10-phenanthroline on peroxidase and catalase activity and chlorophyll, sugar, and ascorbic acid contents. Biol Plant. 1998;41:607-611.
• [27] Wang L-S, Wang L, Wang L, Wang G, Li Z-H, Wang J-J. Effect of 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate on the wheat (Triticum aestivum L.) seedlings. Environ Toxicol. 2009;24:296-303. DOI: 10.1002/tox.20435.
• [28] Sun B, Jing Y, Chen K, Song L, Chen F, Zhang L. Protective effect of nitric oxide on iron deficiency-induced oxidative stress in maize (Zea mays). J Plant Physiol. 2007;164:536-543. DOI: 10.1016/j.jplph.2006.02.011.
• [29] Arias-Baldrich C, Bosch N, Begines D, Feria AB, Monreal JA, García-Mauriño S. Proline synthesis in barley under iron deficiency and salinity. J Plant Physiol. 2015;183:121-129. DOI: 10.1016/j.jplph.2015.05.016.
• [30] Gengmao Z, Yu H, Xing S, Shihui L, Quanmei S, Changhai W. Salinity stress increases secondary metabolites and enzyme activity in safflower. Ind Crops Prod. 2015;64:175-181. DOI: 10.1016/j.indcrop.2014.10.058.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.